PENGARUH SUHU ANNEALING ELEKTRODA KERJA DAN SCATTERING LAYER TERHADAP EFISIENSI DYE-SENSITIZED SOLAR CELL (DSSC)

(1)

PENGARUH SUHU ANNEALING ELEKTRODA KERJA DAN SCATTERING LAYER TERHADAP EFISIENSI DYE-SENSITIZED SOLAR

CELL (DSSC)

Disusun oleh:

MAR’ATUN SHOFWATI M0213054

SKRIPSI

PROGRAM STUDI FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA Mei, 2018

(2)

i

PENGARUH SUHU ANNEALING ELEKTRODA KERJA DAN SCATTERING LAYER TERHADAP EFISIENSI DYE-SENSITIZED SOLAR

CELL (DSSC)

Disusun oleh:

MAR’ATUN SHOFWATI M0213054

SKRIPSI

Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gekar Sarjana Sains

PROGRAM STUDI FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA Mei, 2018

(3)

ii

(4)

iii

(5)

iv

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul “Pengaruh Suhu Annealing Elekroda Kerja dan Scattering Layer Terhadap Efisiensi Dye- Sensitized Solar Cell (DSSC)” adalah benar-benar hasil penelitian saya dan sepengetahuan saya hingga saat ini isi Skripsi tidak berisi materi yang telah dipublikasikan atau ditulis oleh orang lain atau materi yang telah diajukan untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di Universitas Sebelas Maret atau di Perguruan Tinggi lainnya kecuali telah dituliskan di daftar pustaka Skripsi. Segala bentuk bantuan dari semua pihak telah ditulis dibagian saya mengucapkan terimakasih.

Isi Skripsi ini boleh dirujuk atau difotocopy secara bebas tanpa harus memberitahu penulis.

Surakarta, Mei 2018

Mar‟Atun Shofwati

(6)

v

MOTTO

“Man Jadda Wajada”

Barang siapa yang bersungguh-sungguh maka dia akan berhasil (Mahfudzat)

“Alloh akan meninggalkan orang-orang yang beriman diantara kalian dan orang-orang yang diberi ilmu pengetahuan beberapa derajat,

dan Alloh maha mengetahui apa yang kamu kerjakan”

(Q.S. Al-Mujadillah: 11)

“Hai orang-orang yang beriman,

adikanlah sabar dan sholat sebagai penolongmu, sesungguhnya Alloh akan bersama orang-orang yang sabar”

(Q.S Al-Baqarah; 153)

“Miraino yoshi ashi wa onore de kimero”

Tentukanlah baik dan buruknya masa depan dengan tanganmu sendiri (Granrodeo)

“Kegagalan merupakan salah satu jalan menuju keberahasilan”

(Joen Yoo-Ri)

“Find a thousand reasons what makes you got a success”

(7)

vi

PERSEMBAHAN

Penelitian yang ditulis dalam bentuk Skripsi ini saya persembahkan kepada:

1. Bapak, Ibu, dan keluarga yang selalu memberikan do‟a, kasing saying, semangat, motivasi dan segala bentuk dukungan yang selalu diberikan untuk saya.

2. Keluarga besar Material Group Research.

3. Teman-teman seperjuangan angkatan 2013 (EMF MMXIII).

(8)

vii

Pengaruh Suhu Annealing Elektroda Kerja dan Scattering Layer Terhadap Efisiensi Dye-Sensitized Solar Cell (DSSC)

MAR‟ATUN SHOFWATI

Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Univeristas Sebelas Maret

ABSTRAK

DSSC merupakan sel surya berbasis dye sebagai sensitizer yang berfungsi untuk menyerap foton. Scattering layer merupakan metode yang digunakan untuk mengoptimalkan hamburan foton pada elektroda kerja. Proses annealing dari scattering layer dilakukan dengan berbagai variasi suhu untuk mengetahui pengaruhnya terhadap efisiensi DSSC. TiO₂ nanopowder digunakan sebagai lapiasan semikonduktor dan TiO₂ transparan sebagai scattering layer yang dideposisikan menggunakan metode spin coating. Platina dideposisikan pada elektroda lawan menggunakan metode brush painting. TiO2 nanopowder di- annealing pada suhu 400ôC sedangkan scattering layer di-annealing dengan varaisi suhu 400ôC, 450ôC, 500ôC, dan 550ôC. Dye Ruthenium Complex N719 digunakan sebagai sensitizer pada struktur DSSC. Hasil karakterisasi XRD dari elektroda kerja menunjukan bahwa ukuran kristal terbesar yaitu 18,92 nm pada proses annealing scattering layer suhu 450ôC dan semakin kecil diatas suhu tersebut. Karkaterisasi photovoltaic dilakukan menggunakan Keithley I-V meter.

Proses annealing scattering layer pada suhu 450^oC memiliki parameter photovoltaic yang baik. Sel ini memiliki besar arus sirkuit singkat (I_sc) yaitu A, tegangan sirkuit terbuka (Voc) 0,39 V, dan nilai fill factor 0,51.

Nilai V_oc dipengaruhi oleh daya serap dye pada lapisan TiO₂. Proses annealing scattering layer pada suhu 450ôC menghasilkan struktur kristal dengan luas permukaan TiO₂ yang lebih tinggi sehingga dapat mengoptimalkan penyerapan foton oleh dye dibandingkan proses annealing scattering layer pada suhu diatas 450ôC. Scattering layer yang di-annealing pada suhu 450ôC mampu meningkatkan efisiensi sel DSSC dari menjadi .

Kata kunci: TiO₂, scattering layer, suhu annealing, DSSC

(9)

viii

Influence Annealing Temperature of Working Electrode and Scattering Layer to Efficiency of Dye-Sensitized Solar Cell (DSSC)

MAR‟ATUN SHOFWATI

Department of Physics, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Sebelas Maret University

ABSTRACT

DSSC was kind of solar cell based on dye as sensitizer or photon absorber.

Scattering layer method used to optimize photon scattered process on working electrode. In this research, variation temperature annealing of scattering layer have done to find out the effect toward DSSC‟s efficiency. TiO2 nanopowder and TiO2 transparent are used as semiconductor layer and scattering layer, respectively which deposited with spin coating method. Platinum was deposited on counter electrode with brush painting method. TiO2 nanopowder was used annealing process at 400ôC, while scattering layer were used annealing process at variation temperature i.e. 400ôC, 450ôC, 500ôC, and 550ôC. Dye Ruthenium Complex N719 was used as sensitizer on DSSC‟s structure. Result of XRD characterization on working electrode show that highest crystallite size is 18.92 nm with annealing process of scattering layer at 450ôC and decreased when the temperature is over 400ôC. Photovoltaic characterization used Keithley I-V meter. The annealing process of scattering layer at temperature 450ôC has good photovoltaic parameter.

This cell has short circuit current (I_sc) is A, open circuit voltage (V_oc) is 0.39 V, and fill factor is 0.51. The value of Voc was influenced by the absorption of dye in TiO2 layer. Annealing scattering layer at 450ôC produce crystallite structure with higher TiO₂ surface area, it can optimize photon absorption of dye more than the annealing process over 450ôC. Scattering layer which annealing at 450ôC can increase efficiency of DSSC cells from % to %.

Keywords: TiO2, scattering layer, annealing temperature, DSSC

(10)

ix

KATA PENGANTAR

Puji syukur dipanjatkan kepada Allah SWT atas segala limpahan nikmat dan karuniaNya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi. Nikmat, hidayah dan semua anugrah membuat penulis menjadi semangat dalam pelaksanaan Skripsi ini. Semoga shalawat serta salam senantiasa tercurah atas Nabi Muhammad SAW beserta keluarga dan sahabatnya.

Skripsi yang penulis susun sebagai bagian dari syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana Sains ini penulis beri judul “Pengaruh Suhu Annealing Elektroda Kerja dan Scattering Layer Terhadap Efisiensi Dye-Sensitized Solar Cell (DSSC)“. Terselesaikannya Skripsi ini adalah suatu kebahagiaan bagi saya.

Setelah sekitar satu semester penulis harus berjuang untuk bisa menyelesaikan Skripsi ini tepat waktu. Kepada berbagai pihak yang telah membantu penulis menyelesaikan Skripsi ini penulis ucapkan terimakasih. Atas bantuannya yang sangat besar selama proses pengerjaan Skripsi ini, dengan kerendahan hati dan segala bentuk ucapan terimakasih secara khusus penulis sampaikan kepada:

1. Allah SWT yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk berkarya.

2. Bapak, Ibu beserta keluarga besar tercinta atas segala do‟a, semangat, motivasi, dan kasih sayang serta dukungan moral maupun material sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas sebagai mahasiswa dengan baik.

3. Bapak Dr. Fahru Nurosyid, S.Si., M.Si. selaku Kepala Prodi Jurusan Fisika sekaligus pembimbing pertama yang telah memberikan bimbingan dan arahan dengan penuh kesabaran dan kesungguhan selama menyelesaiakn Skripsi ini.

4. Ibu Dr. Yofentina Iriani S.Si., M.Si. selaku pembimbing dua yang senantiasa telah memberikan bimbingan dengan penuh kesungguhan dalam penyusunan Skrispi ini.

5. Bapak Drs. Hery Purwanto, M.Sc. selaku pembimbing akademik yang telah memberikan bimbingan, motivasi serta saran dari awal semester.

(11)

x

6. Sahabat-sahabatku Mba Anggit, Mba Errind, Jijah, Nana, Nanda, Tante Nilam, Sinta, Sistha dan Reja yang sudah membantu selama masa perkuliahan baik didalam maupun diluar kampus, sudah bersedia mendengarkan segala curahan hati, menerima keegoisan yang sering terlampisakan ke kalian serta memberikan motivasi dan dukungan selama penyelesaian Skripsi.

7. Nandani, Mba Dinasti, Mba Azizah, Tante Fajrin, Rizki Ari, Rica, Brenda, Ilham, Wisnu, Andy dan semua teman-teman Material Research Group Jurusan Fisika yang telah membantu dalam penelitian.

8. Teman-teman Fisika angkatan 2013 (EMF MMXIII) yang tidak bisa disebutkan satu persatu yang telah membantu dan selalu memberikan motivasi kepada penulis, kalian sangat luar biasa dan suatu saat nanti penulis pasti akan rindu dengan kalian.

9. Teman-teman KKN desa Ngile kec. Bubakan, Pacitan yaitu Ari, Daniel, Gita, Handy, Karym, Maya, Putri, Sauqi yang sudah bersedia bekerjasama saat pelaksanaan KKN serta telah menemani di awal penyusunan Skripsi ini.

10. Teman-teman kos Puri Garditari yang sudah menemani selama 4 tahun, membuat keramaian bersama dan Ibu Kos yang memberi kenyamanan selama tinggal di Solo.

11. Segenap pihak civitas akademik Fisika FMIPA UNS atas segala bantuan dan dukungannya.

Semoga Allah memberikan balasan yang lebih baik atas kebaikan dan bantuan yang telah diberikan. Semoga Skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi penulis khususnya dan pembaca pada umumnya. Amiin Ya Robbal „Alamin.

Surakarta, Mei 2018

Mar‟Atun Shofwati

(12)

xi

HALAMAN PUBLIKASI

Data yang tercantum pada penelitian ini akan dipublikasikan dalam FLUX Physics Journal 2018.

(13)

xii DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ... i

HALAMAN PERSETUJUAN ... ii

HALAMAN PENGESAHAN ... iii

HALAMAN PERNYATAAN ... iv

HALAMAN MOTTO ... v

HALAMAN PERSEMBAHAN ... vi

HALAMAN ABSTRAK ... vii

HALAMAN ABSTRACT ... viii

KATA PENGANTAR ... ix

HALAMAN PUBLIKASI ... xi

DAFTAR ISI ... xii

DAFTAR TABEL ... xiv

DAFTAR GAMBAR ... xv

DAFTAR SIMBOL ... xvi

BAB 1 PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang Masalah ... 1

1.2 Batasan Masalah ... 3

1.3 Perumusan Masalah ... 3

1.4 Tujuan Penelitian ... 4

1.5 Manfaat Penelitian ... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 5

2.1 Dye-Sensitized Solar Cell (DSSC) ... 5

2.2 Scattering Layer ... 6

2.3 Struktur DSSC ... 7

2.3.1 Substrat ... 7

2.3.2 Lapisan Semikonduktor ... 8

2.3.3 Dye ... 8

2.3.4 Elektrolit ... 9

(14)

xiii

2.4 Metode Spin Coating ... 10

2.5 Karakterisasi DSSC ... 10

2.5.1 Karakterisasi XRD ... 10

2.5.2 Karakterisasi I-V ... 12

BAB III METODE PENELITIAN ... 14

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ... 14

3.2 Alat dan Bahan ... 14

3.2.1 Alat yang Digunakan dalam Penelitian ... 14

3.2.2 Bahan yang Digunakan dalam Penelitian ... 15

3.3 Prosedur Penelitian ... 15

3.3.1 Preparasi Substrat ... 17

3.3.2 Pembuatan Elektroda Kerja ... 17

3.3.3 Absorpsi Larutan Dye ... 18

3.3.4 Deposisi Lapisan Platina pada Counter Elektroda ... 19

3.3.5 Pembuatan Larutan Elektrolit ... 19

3.3.6 Penyusunan DSSC ... 19

3.3.7 Karakterisasi XRD dan I-V ... 19

3.4 Analisis Data ... 20

BAB IV HASIL DAN PEMBAHSAN ... 21

4.1 Karakterisasi XRD ... 21

4.2 Karakterisasi I-V ... 24

BAB V PENUTUP ... 28

5.1 Kesimpulan ... 28

5.2 Saran ... 28

DAFTAR PUSTAKA ... 29

LAMPIRAN ... 34

(15)

xiv

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 4.1. Data perhitungan ukuran kristal variasi suhu annealing

scattering layer ... 23 Tabel 4.2. Data perhitungan ukuran kristal TiO₂ nanopowder dan

scattering layer ... 23 Tabel 4.3. Data kinerja DSSC berdasarkan hasil karakterisasi I-V ... 25

(16)

xv

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1. Skema dari sistem dye-sensitized solar cell ... 5

Gambar 2.2. Struktur dye-sensitized solar cell ... 7

Gambar 2.3. Struktur molekul ruthenium complex N719 ... 9

Gambar 2.4. Absorbansi dye ruthenium complex N719 ... 9

Gambar 2.5. Skema teknik spin coating ... 10

Gambar 2.6. Difraksi sinar-x ... 11

Gambar 2.7. Karakteristik kurva I-V pada sel surya ... 12

Gambar 3.1. Alur proses penelitian ... 16

Gambar 3.2. (a) Ultrasonic cleaner, (b) substrat FTO ... 17

Gambar 3.3. (a) TiO2 nanopowder, (b) pasta TiO2 transparan, (c) furnace Noberthem, dan (d) pola deposisi lapisan TiO2 pada elektroda kerja ... 18

Gambar 3.4. (a) Ruthenium N719, (b) acetonitrile, dan (c) tert-Buthanol ... 18

Gambar 3.5. (a) Hexachloroplatinic, dan (b) pola deposisi lapisan Platina ... 19

Gambar 4.1. Kurva hasil karakterisasi XRD pada variasi suhu annealing dari scattering layer elektroda kerja ... 22

Gambar 4.2. Kurva karakterisasi I-V pada variasi suhu annealing scattering layer elektroda kerja ... 25

(17)

xvi

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan Satuan

P_max Daya maksimal Watt (W)

P_in Daya masuk Watt (W)

Voc Tegangan open circuit Volt (V)

Isc Arus short circuit Ampere (I)

FF Fill Factor -

Vmax Tegangan maksimum Volt (V)

Imax Arus maksimum Ampere (I)

ɳ Efisiensi Persen (%)

A Luas Meter² (m²)

I Intensitas cahaya Watt/m² (W/m²)

n Orde pemantulan -

λ Panjang gelombang Angstrom (Å)

d Jarak antar kisi Nanometer (nm)

θ Sudut difraksi Bragg Derajat (º)

[h k l] Indeks Miller -

B FWHM Radian (rad)

D Ukuran kristal Nanometer (nm)